建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用王艺霏

建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用王艺霏

王艺霏

广州瀚华建筑设计有限公司

摘要：随着城市化进程的不断加快,建筑工程日益增多,框架剪力墙结构由于具有良好的抗震性能,被广泛应用于建筑结构设计中,在结构设计中,由于建筑形式和要求的不同,则对剪力墙的类型、位置及尺寸提出了不同要求,因此,对剪力墙结构进行优化设计具有重要意义。本文主要从剪力墙结构的概念、分类入手,并结合实例对建筑结构中剪力墙结构的具体应用及优化设计进行分析,仅供参考。

关键词：建筑结构剪力墙结构设计应用

剪力墙结构是由钢筋混凝土墙板来承受竖向力和水平力的结构，代替了以往框架结构中梁柱的作用，能够有效提高整体结构的水平支撑力。该种结构相比以往的材料具有很多的优越性。例如刚度大、形变小、抗震能力强等，而且剪力墙结构还有一个突出的特点就是整体性能好。对于大多数的现代高层建筑来说，房间的分隔墙较多，应用剪力墙结构能够把隔墙和承重墙合二为一，在很大程度上节约了成本。尽管剪力墙结构具有如此多的优点，但其在应用时还是有很多需要注意的问题。对于不同的建筑结构中剪力墙的应用有着不同的结构设计方法和尺寸，这就要求建筑设计人员能够根据实际情况和设计图纸进行剪力墙的优化设计和施工，从而保障剪力墙应用的更加科学合理。

1、剪力墙结构的基本定义

剪力墙又称抗风墙或抗震墙、结构墙。房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体，在高层建筑结构不应采用全部剪力墙的剪力墙结构；剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。抗震设计时，墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%。当墙较少时，如墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的15%～40%，则可以按普通剪力墙结构设计下限规范没有规定，用户可以灵活掌握如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。

2、剪力墙结构的分类

根据剪力墙的截面墙体开洞与否以及开洞洞口的大小，可以将剪力墙分成四类，分别是实体墙、多肢剪力墙、有壁式剪力墙、小开口剪力墙。其中除了实体墙不开洞，其他都开洞，但开洞的大小不同。

（1）实体墙。没有开洞，或者开洞面积小于15%的剪力墙称为实体墙，也可以称为截面剪力墙。实体墙受到外力变形主要是弯曲型，实体墙的承受能力比较强，一般不会出现反弯或是突变的情况。

（2）多肢剪力墙。墙体开洞面积比较大，且洞口成列分布的剪力墙称为多肢剪力墙，这种剪力墙的受力不会有任何异常情况发生。

（3）有壁式剪力墙。墙体开洞面积非常大，墙肢线和墙体连梁线上的刚度与剪力墙接近的剪力墙是有壁式剪力墙，这种剪力墙在受力的时候容易反弯，还可能突变。

（4）小开口剪力墙。墙体开口小，但开洞面积偏大的剪力墙是小开口剪力墙，小开口剪力墙受到外力变形，一般呈现的是弯曲型，不会出现反弯的现象，但是弯曲的中心位置容易出现突变的现象。

3、剪力墙结构设计遵循的基本原则

在建筑设计中进行剪力墙的设计要遵循一定的设计原则，而且在进行设计的时候一定要严格满足这些要求。在进行剪力墙设计的时候，墙高和墙宽是要注意的首要问题，在进行设计的时候经常会出现墙面非常大，在厚度上却是非常小，这样在受力方面是存在着一些问题的，同时在进行设计的时候，一定要对建筑中的区分好剪力墙和柱的作用，在肢长和厚度之间是存在一定比值的，当比值小于三的时候就要进行柱的设计，当比值大于三的时候才能进行剪力墙的设计。剪力墙在设计的时候，不仅仅要承担水平面的受力，同时要承受竖向的压力。剪力墙作为一个平面的构件，在弯矩和剪力的综合作用下是要承受很大的作用力的，而且在水平力的作用下，使得剪力墙的强度一定要满足要求，同时要具有一定的延性。剪力墙在使用的时候是需要一个平面内很大刚度和承载力的，这样就使得平面外的刚度和承载力相对是较小的。同时在剪力墙和平面外的梁相连接的时候，一定会造成墙肢在平面外出现弯矩的情况，这样就一定要采取相应的措施来进行防范，保证剪力墙在平面外也可以是非常安全的。剪力墙在进行设计的时候，要进行设计方面的计算，在竖向和水平力的作用下，要对结构进行整体的分析，保证设计出来的墙体可以很好的承受这些荷载。剪力墙在进行计算的时候，还要对宽度和剪力墙之间的距离进行充分的分析，这样才能更好的确保建筑物的使用效果。

4、建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用

4.1剪力墙平面布置

在进行剪力墙平面布置时，要尽量防止出现单向有墙的情况，剪力墙要沿着主轴及其他方向进行双向、多向布置；剪力墙的抗侧力刚度不能太大，一般情况下，为了充分发挥剪力墙结构的抗侧力刚度和承载力，可以适当的增加剪力墙的间距，从而保证剪力墙结构的抗侧力刚度合适。设计人员可以根据经验公式T=（0.05-0.06）n（其中n为层数），计算出T值，从而判断剪力墙的数量及侧向刚度。如果计算结果T比搭模计算周期T1大，则可以适当的增加剪力墙的数量；如果计算结果T比搭模计算周期T1小，则说明剪力墙比较多，可以适当的减少剪力墙的数量或者凿开一些合理的孔洞，降低剪力墙的刚度。

4.2约束边缘构件处理

无约束边缘构件剪力墙和有约束边缘构件剪力墙相比较，其极限承载力降低40%，极限层间位移角就会减少一倍，对地震能量的消耗能力就会减少20%，因此，在设计剪力墙结构时，要根据不同级别的剪力墙轴压比，选用相对应的边缘构件。剪力墙边缘构件可以分为约束边缘构件和构造边缘构件两种情况，对于一级剪力墙和二级剪力墙结构，当剪力墙底部加强部位上面的普通部位和三级、四级非抗震设计建筑底部加强部位轴压比小于相关规定时，要设置构造边缘构件；当一级剪力墙和二级剪力墙结构，当剪力墙底部加强部位和高层建筑、重力荷载作用下墙体的轴压比大于相关规定，要设置约束边缘构件。

4.3剪力墙墙身钢筋

在进行剪力墙结构设计时，一般情况下，对于四级抗震设计和非抗震设计，剪力墙水平方向和垂直方向的分布筋配筋率不能小于0.20%；对于一级、二级、三级抗震设计，剪力墙水平方向和垂直方向的分布筋配筋率要小于0.25%。

4.4剪力墙连梁问题

在剪力墙结构中，在水平荷载的作用下，墙肢会发生变形，从而引起连梁产生内力，这时连梁端部的内力会减小连接墙肢产生的变形内力，从而约束墙肢变形，连梁对剪力墙结构十分重要，因此，在进行剪力墙结构设计时，要注意连梁问题的处理。连梁超筋是剪力墙连梁常见的问题，其本质是剪力剪压比无法满足相关要求，当墙段比较长时，连梁容易超筋的部位大多集中在中间段；当墙段中墙肢截面高度相差比较大，并且分布不均匀时，墙肢处连梁容易出现超筋现象。出现连梁超筋现象后，可以采用以下几种方法进行处理：（1）可以通过调整剪力墙中连梁弯矩剪力塑形进行处理；（2）根据实际情况，适当的减少连梁截面高度；（3）当连梁破坏对垂直方向的荷载影响不大时，可以从地震作用的角度进行思考，放弃使用该连梁，计算独立墙肢在多遇地震情况下的结构内力，墙肢配筋则应按照两次计算得出的大内力进行。

5、结语

总之，随着高层建筑的不断发展，建筑结构设计在样式创新、结构安全以及功能需求上都提出了更高的要求，而剪力墙在一定程度上满足了这些高要求。如果剪力墙想更好地发挥其刚度大、外形美观等优点，并又想克服自身结构上的缺点，那其关键就全在于设计。

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